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羅馬尼亞國家氫與燃料電池中心--石墨烯修飾的氟化陽離子交換膜用于質子交換膜水電解
       當前質子交換膜水電解(PEMWE)的主要技術挑戰之一是有限的質子傳導率。如今,石墨烯被認為是在整個獨特二維結構中改善離子傳輸性能、同位素選擇性和質子傳導性的最有希望的候選者之一。在本文中,我們報道了在PEMWE應用中包含不同石墨烯負載量的石墨烯改性商業膜(Fumapem®)。該膜通過掃描電子顯微鏡(SEM)以及熱重和差熱分析(TGA-DSC)進行表征。研究了復合膜的性能,包括吸水率和離子交換容量(IEC)。在平面四電極布置中,用于確定復合材料支鏈的質子傳導性。發現與原始商業膜相比,復合膜表現出改善的行為,并且石墨烯負載可以改善質子傳導性。在我們的條件下,對于石墨烯負載量為10 mg的復合Fumapem®/石墨烯膜,計算得出的質子傳導活化能(Ea)約為3.80 kJ/mol,低于原始聚合物質子交換膜。
 
Figure 1. 與(a)石墨烯和(b)Fumapem®膜相比,(c)G1、(d)G2和(e)G3復合膜的表面形態。
 

Figure 2. (a)石墨烯納米片、Fumapem®和G1復合膜的ATR-FTIR光譜;(b)在800 cm-1-1900 cm-1范圍內,Fumapem®、G1、G2和G3的ATR-FTIR光譜。
 

Figure 3. (a)Fumapem®和石墨烯修飾的膜G1-G3的TGA熱分析圖;Fumapem®和G1-G3膜的(b)DDSC和(c)DSC曲線。

 
Figure 4. Fumapem®和G1-G3膜的(a)質子傳導率和(b)Arrhenius圖。
 
       相關研究成果于2019年由羅馬尼亞國家氫與燃料電池中心Daniela Ion-Ebrasu課題組,發表在International journal of hydrogen energy(https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.02.148)上。原文:Graphene modified fluorinated cation-exchange membranes for proton exchange membrane water electrolysis。
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